銅鉬合金球墨鑄鐵在煤礦排水泵中的應(yīng)用

[摘 要] 本文闡述了提高煤礦排水泵耐磨性的基本途徑，通過銅鉬合金球墨鑄鐵在煤礦排水泵中的應(yīng)用，極大地提高了煤礦排水泵的使用壽命，從而達(dá)到高效、節(jié)能、穩(wěn)定、安全生產(chǎn)的效果，具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[關(guān)鍵詞] 球墨鑄鐵；水泵

[中圖分類號(hào)] TG233.1 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A

煤礦排水泵是煤礦生產(chǎn)中的重要設(shè)備，由于煤礦生產(chǎn)的特殊條件，對(duì)煤礦排水泵提出較高要求，除了要求煤礦排水泵具備較高的安全性外，還要求煤礦排水泵具有良好的耐磨性、較高的效率、節(jié)能、環(huán)保、維修方便等特點(diǎn)。針對(duì)以上要求，我們選擇了幾種材料進(jìn)行耐磨試驗(yàn)，從而確定能夠滿足煤礦排水泵特殊要求的材料作為排水泵的過流元件。

1 煤礦排水泵的工作條件和基本特點(diǎn)

1.1水質(zhì)泥沙含量高

由于煤礦的特殊環(huán)境決定井下的水質(zhì)比較復(fù)雜，泥沙含量較高，而且還混雜有粉塵和各種礦物質(zhì)和夾雜物顆粒，對(duì)排水泵過流元件磨損嚴(yán)重，所以要求排水泵的過流元件具有較高的耐磨性、耐蝕性和安全穩(wěn)定性。

1.2 能源消耗大

由于煤礦生產(chǎn)的特殊性，要求煤礦排水泵功率較大，以滿足煤礦安全生產(chǎn)的需要。

1.3 維修難度大

煤礦生產(chǎn)環(huán)境大都比較復(fù)雜，檢修和更換排水泵強(qiáng)度高。比地面檢修更加艱巨和困難，因此對(duì)煤礦排水泵提出更高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求，以保證設(shè)備能夠在安全穩(wěn)定的狀態(tài)下運(yùn)行。

綜上所述，煤礦排水泵總體要求就是良好的耐磨性、較高的工作效率、維修方便、安全可靠。

2 煤礦排水泵過流元件摩擦機(jī)理

2.1 材料磨損的基本形式

在摩擦條件下工作的過流元件，其工作過程主要受到機(jī)械作用、化學(xué)作用以及熱作用而使過流元件受到不同形式的磨損破壞，如均勻緩慢的逐層磨損、摩擦表面產(chǎn)生的劃痕和脫落、由于疲勞而產(chǎn)生的局部磨損、由于磨料的切削作用而產(chǎn)生的劇烈磨損等。

2.2 鑄鐵的基體組織對(duì)鑄鐵耐磨性的影響

根據(jù)摩擦理論，最適宜鑄鐵組織應(yīng)該是多相組織，既有柔韌的基底，并且在其中牢固的嵌有堅(jiān)硬的組分，既“軟基硬相”，在鑄鐵的各種基體組織中，較合適的基體組織就是珠光體，其中鐵素體作為軟的基體、滲碳體作為堅(jiān)硬的組分，形成“軟基硬相”。

在鑄鐵組織中，石墨對(duì)減少磨損起著積極有利的作用，它利于潤(rùn)滑，減少摩擦強(qiáng)度，但石墨也有不利作用的一面，那就是削弱基體強(qiáng)度，所以如果石墨數(shù)量過多、體積過于粗大，削弱基體強(qiáng)度的作用就越加嚴(yán)重，因而導(dǎo)致耐磨性下降。另外，從摩擦性的角度考慮，石墨的形狀對(duì)于摩擦性有很大的影響，球狀石墨比片狀石墨的耐磨性好。在球墨鑄鐵中，由于石墨呈獨(dú)立的球狀存在，與片狀石墨不同，球狀石墨四周基體連續(xù)性較好，球狀石墨對(duì)基體組織的削弱作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于片狀石墨，應(yīng)力集中程度也較小，所以球墨鑄鐵的耐磨性要比灰口鑄鐵好。

除了石墨及一般組織以外，在鑄鐵中形成硬化相對(duì)耐磨性有明顯的影響，由于希望它在基體中起支撐和骨架作用，所以要求它不僅僅要具有較高的硬度，而且不宜從基體中脫落，在鑄鐵中加入合金元素可以提高基體中硬化相的硬度，并且能夠細(xì)化基體組織，從而提高鑄鐵的耐磨性。

3煤礦排水泵過流元件耐磨試驗(yàn)分析

3.1 耐磨材料的選擇

根據(jù)摩擦理論和生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，考慮生產(chǎn)成本和加工性能，選擇以下材料進(jìn)行對(duì)比耐磨試驗(yàn)。

3.1.1 灰口鑄鐵

灰口鑄鐵中碳主要結(jié)晶成石墨，并呈片狀形式存在于鑄鐵中，斷口為暗灰色，其金相組織為珠光體的基體上分布著片狀石墨，具有一定的耐磨性，塑性和韌性較差。

3.1.2 球墨鑄鐵

球墨鑄鐵中的碳以球狀石墨的形式存在于基體組織中，隨著基體組織中珠光體數(shù)量的增加，抗拉強(qiáng)度和耐磨性增加，在基體組織相近的情況下，石墨的形狀和晶粒細(xì)化程度對(duì)耐磨性有很大的影響，球化率越高、晶粒越細(xì)化則耐磨性越高。

3.1.3 銅鉬合金球墨鑄鐵

在球墨鑄鐵的基礎(chǔ)上加入合金元素，可以促進(jìn)珠光體的形成并細(xì)化晶粒，提高球墨鑄鐵的耐磨性。

3.2 幾種耐磨材料的對(duì)比試驗(yàn)分析

以上數(shù)據(jù)是灰口鑄鐵、珠光體球墨鑄鐵、銅鉬合金球墨鑄鐵三種材料在耐磨性試驗(yàn)機(jī)中的相對(duì)磨損量，耐磨試驗(yàn)時(shí)間為96小時(shí)。通過以上耐磨試驗(yàn)分析，銅鉬合金球墨鑄鐵具有較高的耐磨性，而且鑄造工藝性能和加工性能良好，因此我們確定銅鉬合金球墨鑄鐵作為煤礦排水泵過流元件的首選材料。

4銅鉬合金球墨鑄鐵的組織特點(diǎn)和生產(chǎn)工藝

4.1 銅鉬合金球墨鑄鐵的基體組織

銅鉬合金球墨鑄鐵鑄態(tài)組織為珠光體85%以及少量鐵素體組織，經(jīng)過等溫淬火后轉(zhuǎn)變?yōu)橄埋R氏體加少量馬氏體組織，具有較高的耐磨性和韌性。

4.2 銅鉬合金球墨鑄鐵的化學(xué)成分

碳：3.4%～3.6%碳當(dāng)量上限以不出現(xiàn)石墨漂浮為原則，下限以不出現(xiàn)自由滲碳體為準(zhǔn)。

硅：終硅量控制在2.2%～2.6%，硅是促進(jìn)石墨化的元素，減少白口傾向，且能細(xì)化石墨，提高石墨圓整度。但硅提高韌性—脆性的轉(zhuǎn)變溫度，降低沖擊韌性。

錳：0.2%～0.5%錳在球墨鑄鐵中有嚴(yán)重的偏析傾向，降低球墨鑄鐵的塑性和韌性，因此錳的含量不能過高。

銅：0.8%～1.2%銅可以穩(wěn)定并細(xì)化珠光體，增加球墨鑄鐵的韌性和塑性。

鉬：0.3%～0.5%鉬可以細(xì)化晶粒、強(qiáng)化基體、在組織中形成高硬度的質(zhì)點(diǎn)，顯著提高材料的耐磨性。

4.3 銅鉬合金球墨鑄鐵的熱處理工藝

銅鉬合金球墨鑄鐵經(jīng)過等溫淬火和回火后基體組織轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w加少量馬氏體和殘余奧氏體（880 ℃～900 ℃等溫淬火、320 ℃回火）。

5 經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)過幾年來的工業(yè)性運(yùn)行試驗(yàn)，銅鉬合金球墨鑄鐵應(yīng)用于煤礦排水泵過流元件，可以顯著提高煤礦排水泵的使用壽命，相對(duì)灰口鑄鐵提高使用壽命3倍以上。由于耐磨性提高，水泵在最佳工況點(diǎn)運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，因此提高了排水泵的工作效率，達(dá)到了高效、節(jié)能、耐磨、安全生產(chǎn)的良好效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸文華.鑄鐵及其熔煉[M].西安交通大學(xué)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981.